СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ФОРМ РАСТЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК A01H1/06 A61N5/06 

Изобретение относится к области получения новых культур растений путем изменения их наследственных признаков с помощью направленной передачи наследственной информации.

Известен способ модификации сортов картофеля, который заключается в том, что при совместной посадке двух сортов картофеля, различающихся по визуальным морфологическим признакам, один сорт подвергается доминирующему воздействию другого сорта и приобретает новые свойства, присущие доминирующему сорту [1]
Известно устройство для направленной передачи наследственной информации, содержащее средство для размещения объекта-излучателя и объекта-приемника [2]
Задачей настоящего изобретения является создание методических основ высокоэффективной обработки одних растений излучением других растений с целью изменения наследственных признаков и разработки рекомендаций по получению новых растений, определения оптимальных режимов облучения одного растения другим. Другой задачей является разработка более эффективного и конструктивно совершенного устройства для направленной передачи наследственной информации, позволяющего реализовать предлагаемый способ.

Технический результат изобретения выражается в разработке конкретных приемов обработки растений, создании конструкции, обеспечивающей методически обоснованное размещение объекта-излучателя и объекта-приемника относительно друг друга и камеры-концентратора не только в начале проведения процедуры облучения, но и на всем ее протяжении.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе получения новых культур растений путем изменения их наследственных признаков, заключающемся в воздействии биологическим излучением одного растения на другое, в качестве биологического объекта-излучателя используют 1-5-дневный проросток одного растения, а в качестве объекта-приемника порцию семян другого растения, причем апикальную почку проростка размещают в одной из фокальных плоскостей экранирующей эллипсоидальной камеры-концентратора, а семена размещают на выходном конце волновода, входной конец которого установлен в другой фокальной плоскости камеры-концентратора, при этом ориентирование большой оси камеры-концентратора и выбор положения фокальных плоскостей осуществляют в соответствии с условием обеспечения отрицательного гравитропизма проростка. Проростком воздействуют на сухие семена растения-приемника. Процесс облучения осуществляют в течение 1-5 дней, при этом периодически контролируют величину удлинения проростка и перемещают камеру-концентратор относительно проростка в направлении его роста до попадания апикальной почки в фокальную плоскость. В устройстве для направленной передачи наследственной информации средство для размещения объекта-излучателя и объекта-приемника содержит металлическую тонкостенную камеру-концентратор в виде эллипсоида вращения с ортотропно ориентированной большой осью и с внутренней отражающей поверхностью, имеющей в вершинах, расположенных на большой оси, горловины, при этом камера установлена нижней горловиной с возможностью съема на телескопически удлиняемой опоре, содержащей укрепленный на массивном основании металлический стакан с грунтом для размещения объекта-излучателя в виде проростка и металлическую втулку с наружным буртиком для упора в него нижней горловины камеры-концентратора, охватывающую стакан с возможностью перемещения в осевом направлении и фиксации стопорным винтом, при этом в верхнюю горловину введен волновод для передачи излучения на биологический объект-приемник, причем волновод введен на глубину, обеспечивающую нахождение его внутреннего среза в верхней фокальной плоскости, а на наружном конце волновода установлен съемный металлический стакан для объекта-приемника в виде семян, причем стакан снабжен тонкой диэлектрической мембраной, отделяющей полость с семенами от полости волновода. На торце втулки, телескопически размещенной на стакане с проростком, укреплен указатель расположения апикальной почки проростка в нижней фокальной плоскости камеры-концентратора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого устройства, на фиг. 2-5 приведены в качестве примера фотографии новых культур полученных растений.

Суть способа заключается в следующем.

Предварительно подбирают пары растений одного семейства, например, картофель-томат, томат-паслен; огурец-тыква, огурец-дыня и т.п. Можно осуществить воздействие одним сортом на другой, например, крупноплодными томатами на более урожайные по количеству, но мелкоплодные томаты или томатами желтого цвета на красные. Но, как показывает практика, можно получить неожиданные результаты и при использовании отдаленных друг от друга растений, например, облучать чесноком огурцы, любистоком гречиху и др. Огромное разнообразие возможностей облучения одних растений другими открывается в картофелеводстве, овощеводстве, цветоводстве и т.д.

Как показывает практика, в качестве объекта-излучателя необходимо брать одиночный проросток, который выполняет роль задающего генератора, оказывающего когерентное воздействие синхронно на все семена колебаниями, возникающими при митозе клеток и передающими им одну и ту же генетическую программу. Проросток целесообразно использовать в качестве излучателя, начиная с первого дня выхода апикальной почки (апекса побега) выше поверхности грунта, но может быть использован и в более поздние сроки в пределах 1-5 дней, когда имеет место максимальная митотическая активность клеток апикальной почки. Проросток может быть некоторое время выдержан на свету для зеленения за счет хлорофилла или использоваться в состоянии этиоляции, при котором в условиях длительной темноты происходит быстрое и значительное удлинение первого междоузлия.

Вопрос о преимуществах использования проростка в качестве излучателя в гетеротрофной или автотрофной форме требует дополнительного исследования. Использовались проростки в автотрофной форме, т.е. зеленные, поскольку по литературным данным активность митоза клеток в таких проростках существенно выше, а следовательно выше и уровень излучения.

Проросток вводят верхушкой в камеру-концентратор, выполненную в виде металлической тонкостенной емкости, имеющей форму эллипсоида вращения, таким образом, чтобы апикальная почка проростка находилась в одной из фокальной плоскостей. Поскольку рост растений происходит по гравитационному полю (корень растет центростремительно, а побег центробежно), т.е. главный побег в большинстве случаев в течение всей жизни сохраняет первоначальный отрицательный гравитропизм, ориентацию большой оси камеры-концентратора и выбор положения фокальных плоскостей осуществляют следующим образом: большую ось располагают ортотропно (вертикально), при этом фокальная плоскость, в которой располагается апикальная почка, должна находиться в нижнем положении. Выполнение камеры-концентратора в виде металлической оболочки преследует своей целью использование ее в качестве экрана от внешних электромагнитных воздействий, т.е. в качестве ячейки Фарадея.

В качестве объекта-приемника используют порцию семян другого растения, наследственные признаки которого необходимо изменить, чтобы получить новую культуру. Для этих целей можно использовать замоченные (набухшие) или проклюнутые семена, которые после обработки облучением сразу же высаживают в грунт. Однако показано, что облучать можно и сухие семена, в которых также происходит изменение наследственных признаков. Полного объяснения этому эффекту пока не найдено, однако с точки зрения практической целесообразности преимущества облучения семян в сухом виде очевидны. Облучение можно производить задолго до высадки семян в грунт и хранить их, накапливая необходимое количество. Это позволяет осуществлять эксперимент одновременно с большим числом заранее облученных образцов по подбору и оптимизации режимов облучения семян конкретного растения.

Порцию семян объекта-приемника размещают на выходном конце волновода, входной конец которого введен в камеру-концентратор и располагается в его верхней фокальной плоскости.

Оптимальное время облучения, как показывает практика, составляет для различных пар растений 1-5 дней. Слишком малое время обработки может оказаться недостаточным для изменения наследственных признаков. Переоблучение же приводит к угнетанию растения-приемника и даже его гибели, что особенно часто имеет место при использовании замоченных и проклюнувшихся семян.

Поскольку проросток непрерывно удлиняется в направлении отрицательного гравитропизма (особенно велика скорость роста в состоянии этиоляции), апикальная почка быстро выходит из фокальной плоскости, что снижает долю излучения, попадающего на срез волновода, расположенного в другой фокальной плоскости. С целью компенсации этого фактора, в способе периодически осуществляют сдвиг камеры-концентратора на величину удлинения проростка в направлении его роста.

Устройство для направленной передачи наследственной информации и обеспечивающее реализацию данного способа содержит средство для размещения объекта-излучателя и объекта-приемника. Это средство содержит металлическую тонкостенную камеру-концентратор 1, выполненную в виде полого эллипса вращения с ортотропно ориентированной большой осью. Камера-концентратор 1 изнутри имеет отражающее покрытие из нитрида титана. В вершинах эллипсоида по его большой оси имеются горловины 2 и 3. Горловина 2 предназначена для введения в полость 4 камеры-концентратора 1 биологического объекта-излучателя в виде проростка 5, имеющего апикальную почку 6, а в верхней горловине 3 укреплен волновод 7, передающий излучение проростка 5 на биологический объект-приемник в виде порции семян 8. В нижнюю горловину 2 введен укрепленный на массивном основании 9 металлический стакан 10, заполненный грунтом 11, в который высажен проросток 5. В основании 9 выполнено дренажное отверстие 12. На цилиндрической части стакана 10 телескопически размещена металлическая втулка 13 с буртиком 14 для упора в него нижней горловины 2 камеры-концентратора 1. Втулка 13 может перемещаться вверх и вниз вдоль стакана 10. Положение втулки 13 на стакане 10 фиксируется с помощью стопорного винта 15, ввернутого в стенку другого буртика 16 в радиальном направлении. Наружный диаметр втулки 13 и внутренний диаметр горловины 2 таковы, что камера-концентратор 1 может свободно сниматься с втулки 13. При необходимости может быть предусмотрено их байонетное соединение (не показано). На торце втулки 13, телескопически размещенной на стакане 10, имеется выступ-указатель 17, конец которого при нахождении камеры-концентратора 1 на втулке 13 лежит в нижней фокальной плоскости F₁. Сравнивая высоту проростка 5 относительно конца указателя 17, можно судить о нахождении апикальной почки 6 в плоскости F₁ и при необходимости производить соответствующую корректировку положения камеры 1, освобождая винт 15 и перемещая втулку 13 в осевом направлении.

Волновод 7 нижней своей частью введен через верхнюю горловину 3 на глубину, обеспечивающую нахождение его среза в верхней фокальной плоскости F₂ эллипсоида 1. На наружном верхнем конце волновода 7 установлен заполняемый порцией семян 8 съемный металлический стакан 18, закрываемый тонкостенной диэлектрической мембраной 19 с помощью кольца 20. В качестве диэлектрической мембраны используется тефлоновая пленка толщиной 0,05 мм диэлектрические свойства и толщина которой обеспечивают минимальные фазовые искажения и потери излучения при прохождении последнего от растения-излучателя к семенам.

Работу с устройством осуществляют следующим образом. Сняв камеру-концентратор 1 с втулки 13, наполняют грунтом 11 полость стакана 10 и высаживают в грунт замоченное обычным образом семя растения, являющегося объектом-излучателем. При появлении проростка 5 выше уровня грунта 11, освободив стопорный винт 15, перемещают втулку 13 вдоль стакана 10 до тех пор, пока апикальная почка 6 не станет на один уровень с концом указателя 17 что соответствует попаданию апикальной почки в фокальную плоскость F₁ после надевания камеры 1 горловиной 2 на верхнюю часть (до буртика 14) втулки 13.

Одновременно стакан 18 заполняют порцией 8 семян, являющихся объектом-приемником излучения, закрепляют кольцом 20 диэлектрическую мембрану 19 и размещают стакан 18 на наружном верхнем конце волновода 7.

В первые дни жизни проростка 5 (в гетеротрофной или автотрофной формах) в нем имеет место максимальная митотическая активность верхушки побега, которая является сенсорным органом, воспринимающим направление света, других индуцирующих излучений, гравитационного поля и т.д. и управляет адаптивными двигательными реакциями побега. Одновременно с этим в процессе интенсивного клеточного деления в апикальной почке 6, которая, обладая высокой метаболической активностью, является доминирующим центром в отношении других участков проростка, создаются индуцирующие факторы химической и физической природы. Одним из таких факторов является испускаемое при клеточном делении излучение, оказывающее дистантное воздействие как на клетки самого проростка, так и на клетки соседних растений. Это излучение, как отмечалось ранее, имеет широкий спектральный диапазон. Кванты синего и ближнего ультрафиолетового света воздействуют на пигмент криптохром, а кванты красного света на фитохром, предопределяя развитие процессов фотоморфогенеза. Излучение миллиметрового диапазона длин волн возбуждает в клетках акустоэлектрические колебания, которые оказывают влияние, связанное с синхронизацией когерентными излучениями низкой интенсивности колебательных процессов в клетках. Синхронизация определяется формированием подструктур, соответствующих частоте внешнего сигнала. Синхронизация же приводит к усилению колебаний, определяемому, в частности, когерентным сложением ранее расфазированных или возбужденных на разных частотах источников колебаний и образованием высокоэффективного управляющего сигнала, способного определенным образом сориентировать или переориентировать процессы в клетках и даже отдельных органах. Поскольку характер деления в клетках определяется их митотическим циклом, в ранней стадии развития растения создаются ритмические процессы, включающие и контролирующие новые генетические программы. В упрощенном виде, именно этими процессами можно объяснить появление мутагенных факторов, способствующих изменению у растений наследственных признаков. При этом следует подчеркнуть, что помимо концентрирования в несколько сот раз потока излучения и обеспечения его однонаправленности, эллипсоидальная камера устройства, выполненная из металла (в совокупности с другими конструктивными элементами: волноводом, верхним и нижним стаканами), устраняет стохастические факторы, создаваемые внешними электромагнитными излучениями, поскольку образует ячейку Фарадея.

По мере удлинения проростка 5 его апикальная почка 6 выходит из фокальной плоскости F₁, что может приводить к потере эффективности облучения семян 8, размещенных в стакане 18. Для предупреждения этого фактора периодически (через 12-24 часа) проверяют положение апикальной почки 6 относительно конца указателя 17, размещенного на втулке 13. С этой целью снимают камеру-концентратор 1 с втулки 13 и визуально оценивают величину прироста. При обнаружении последнего освобождают стопорный винт 15 и телескопически поднимают втулку 13 вверх вдоль стакана 10 до совпадения уровней конца указателя 17 и положения апикальной почки 6. После этого стопорным винтом 15 снова фиксируют положение втулки 13 на стакане 10 и на втулку надевают камеру-концентратор 1, которая упирается при этом срезом нижней горловины 2 в буртик 14. Новое положение проростка 5, втулки 13, указателя 17 и камеры 1 показаны на чертеже пунктирными линиями.

Спустя несколько дней развития проростка митотическая активность клеток в апикальной почке уменьшается и вместо процессов деления на первое место выступают процессы растяжения клеток, формирования и роста листьев, боковых побегов и т.д. Экспозиции до 5 дней, как правило, достаточно и для передачи облучаемым семенам новой генетической информации. В связи с этим дальнейшая обработка семян растения-приемника становится нецелесообразной. Обработанные семена растения-приемника 8 извлекают из стакана 18 и высаживают в грунт, либо накапливают для последующей высадки.

В качестве примера полученных с помощью предлагаемых способа и устройства результатов на фиг. 2-5 приведены новые культуры кукурузы, полученные при облучении ее семян проростком пшеницы. На фиг. 2 приведен пятиствольный кукурузный початок (пятый отросток не виден, расположен за центральным); на фиг. 3 трехствольный початок; на фиг. 4 початок, верхняя часть которого содержит пшеничные зерна; на фиг. 5 увеличенное изображение верхней части другого початка, на котором ясно видны пшеничные зерна, расположенные между кукурузными зернами. Получены и другие интересные результаты. В частности, при облучении томатов биополем картофеля в три раза возросла урожайность по сравнению с контрольными растениями. При облучении томатов физалисом были получены ребристые плоды (напоминающие пирамиду). Облученные лагинарией, кабачком, тыквой, чесноком огурцы имели совершенно другой вкус и запах по сравнению с контрольными. Облученные лагинарией огурцы хранились в свежем виде в течение 6 месяцев. Огурцы, облученные чесноком имели на 2 недели ускоренные сроки вегетации. Удивительный результат получен при облучении гречихи любистоком: гречиха унаследовала от любистока гигантский рост и выросла в виде деревца высотой 2 м.

Данное изобретение открывает широкие возможности перед генетиками и селекционерами при использовании предлагаемых способа и устройства. Этому способствует компактность и удобство в эксплуатации устройства, его невысокая стоимость, что позволяет освоить его широкий выпуск для использования как профессионалами, так и любителями.

Использование: в области получения новых культур растений путем изменения из наследственных признаков с помощью направленной передачи наследственной информации. Сущность: способ получения новых культур растений предусматривает использование в качестве объекта-излучателя 1-5-дневный проросток одного растения, а в качестве объекта-приемника - порцию семян другого растения, причем апикальную почку проростка размещают в одной из фокальных плоскостей экранирующей эллипсоидальной камеры-концентратора, а семена размещают на выходном конце волновода, входной конец которого установлен в другой фокальной плоскости камеры-концентратора, при этом ориентирование большой оси камеры-концентратора и выбор положения фокальных плоскостей осуществляют в соответствии с условием обеспечения отрицательного гравитропизма проростка. Проростком воздействуют на сухие семена растения-приемника. Процесс облучения осуществляют в течение 1-5 дней, при этом периодически контролируют величину удлинения проростка и перемещают камеру-концентратор в направлении его роста до попадания апикальной почки в фокальную плоскость. Устройство для реализации способа обеспечивает возможность направленной передачи наследственной информации и содержит выполненную из металла тонкостенную камеру-концентратор в виде эллипсоида вращения с внутренней отражающей поверхностью, волновод, введенный через горловину в полость камеры, и телескопически удлиняемую опору. В волноводе установлен стакан с семенами-приемниками излучения. Опора состоит из закрепленного на массивном основании стакана с грунтом, в который высаживается проросток, и втулки со стопорным винтом и указателем расположения апикальной почки проростка в нижней фокальной плоскости камеры-концентратора. 2 с. п. ф-лы, 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ получения новых форм растений, включающий воздействие одного растения на другое, отличающийся тем, что воздействуют биологическим излучением одного растения на другое, при этом в качестве биологического объекта-излучателя используют 1 5-дневный проросток одного растения, а в качестве объекта-приемника порцию семян другого растения, причем апикальную почку проростка размещают в одной из фокальных плоскостей экранирующей эллипсоидальной камеры-концентратора, а семена размещают на выходном конце волновода, входной конец которого установлен в другой фокальной плоскости камеры-концентратора, при этом ориентирование большой оси камеры-концентратора и выбор положения фокальных плоскостей осуществляют в соответствии с условием обеспечения отрицательного гравитропизма проростка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проростком воздействуют на сухие семена растения-приемника. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс облучения осуществляют в течение 1 5 дней, при этом периодически контролируют величину удлинения проростка и перемещают камеру-концентратор относительно проростка в направлении его роста до попадания апикальной почки в Фокальную плоскость. 4. Устройство для направленной передачи наследственной информации, содержащее средство для размещения объекта-излучателя и объекта-приемника, отличающееся тем, что средство для размещения объекта-излучателя и объекта-приемника содержит металлическую тонкостенную камеру-концентратор в виде полого эллипсоида вращения с ортотропно ориентированной большой осью и с внутренней отражающей поверхностью, имеющей в вершинах, расположенных на большой оси, горловины, при этом камера установлена нижней горловиной с возможностью съема на телескопически удлиняемой опоре, содержащей укрепленный на массивном основании металлический стакан с грунтом для размещения объекта-излучателя виде проростка и металлическую втулку с наружным буртиком для упора в него нижней горловины камеры-концентратора, охватывающую стакан с возможностью перемещения в осевом направлении и фиксации стопорным винтом, при этом в верхнюю горловину введен волновод для передачи излучения на биологический объект-приемник, причем волновод введен на глубину, обеспечивающую нахождение его внутреннего среза в верхней фокальной плоскости, а на наружном конце волновода установлен съемный металлический стакан для объекта-приемника в виде семян, причем стакан снабжен тонкой диэлектрической мембраной, отделяющей полость с семенами от полости волновода. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торце втулки, телескопически размещенной на стакане с проростком, укреплен указатель расположения апикальной почки проростка в нижней фокальной плоскости камеры-концентратора.